유전학 레포트 - 줄기세포가 다양한 세포로 분화되는 원리를 전능성과 다능성의 개념을 중심으로 분석하여 서술하시오.

I. 서론

현미경 사진 속 초기 배아를 처음 보면 비슷비슷한 둥근 세포들이 붙어 있는 모습이 먼저 눈에 들어온다. 그런데 그 작은 세포 덩어리에서 신경세포와 근육세포, 간세포처럼 모양도 기능도 전혀 다른 세포가 나온다. 같은 수정란에서 시작했고 기본적으로 같은 유전체를 지니는데 왜 어느 세포는 전기 신호를 보내고 어느 세포는 수축하며 어느 세포는 대사를 담당하는지가 줄기세포 분화를 이해할 때 가장 흥미로운 지점이다. 핵심은 세포가 필요한 유전자를 골라 켜고 끄는 과정과 주변에서 들어오는 신호가 서로 얽혀 있다는 데 있다. 전능성과 다능성은 그 선택 가능한 범위가 얼마나 넓은지를 나타내는 말이며, 발생이 진행될수록 선택지는 점차 좁아진다. 줄기세포 분화는 이미 정해진 설계도를 기계적으로 복사하는 일이 아니라, 유전자 발현 상태가 바뀌고 그 상태가 어느 정도 고정되면서 세포의 정체성이 만들어지는 과정이라고 보는 편이 정확하다.

II. 본론

1) 수정란의 전능성이 품고 있는 발생의 전체 설계도

전능성은 하나의 세포가 배아 본체를 이루는 세포뿐 아니라 태반처럼 배아 밖의 조직 계통까지 만들어 완전한 개체 발생에 기여할 수 있는 능력을 가리킨다. 포유류에서는 수정 직후의 접합자와 매우 이른 난할 단계 세포가 대표적인 전능성 상태와 연결된다. 정자와 난자가 결합해 만들어진 접합자는 신경이나 근육 같은 특정 계통의 특징을 아직 강하게 띠지 않는다. 그렇다고 아무것도 결정되지 않은 빈 세포라는 뜻은 아니다. 난자에 저장돼 있던 RNA와 단백질, 수정 뒤 새로 활성화되는 배아 유전자, 염색질의 재편성이 짧은 시간 안에 맞물리며 발생 프로그램이 가동된다. 전능성은 모든 유전자가 동시에 최대치로 켜져 있는 상태가 아니라 여러 계통으로 갈 수 있는 폭넓은 가능성을 유지하는 상태에 가깝다.

초기 배아에서는 유전체의 포장 상태가 크게 바뀐다. DNA는 히스톤 단백질과 결합해 염색질을 이루는데, 같은 DNA라도 염색질이 얼마나 열려 있는지에 따라 전사인자가 접근하기 쉬운 영역과 어려운 영역이 달라진다. 수정 뒤에는 부모에게서 물려받은 후성유전 표지 가운데 상당 부분이 재편되고, 배아가 쓸 수 있는 유전자 조합이 새로 마련된다. 이때 DNA 염기서열 자체를 바꾸지 않고 유전자 사용 가능성을 바꾸는 메틸화나 히스톤 변형 같은 조절이 중요하다. 전능성 세포가 폭넓은 발생 능력을 갖는 이유도 염색질과 전사 네트워크가 특정 체세포의 상태로 굳기 전이기 때문이다. 세포의 가능성은 유전정보의 양보다 그 정보를 어느 방식으로 읽을 수 있는지에 달려 있다는 점이 여기서 드러난다.